视音频数据处理入门：H.264视频码流解析

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视音频数据处理入门系列文章：

视音频数据处理入门：RGB、YUV像素数据处理

视音频数据处理入门：PCM音频采样数据处理

视音频数据处理入门：H.264视频码流解析

视音频数据处理入门：AAC音频码流解析

视音频数据处理入门：FLV封装格式解析

视音频数据处理入门：UDP-RTP协议解析

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前两篇文章介绍的YUV/RGB处理程序以及PCM处理程序都属于视音频原始数据的处理程序。从本文开始介绍视音频码流的处理程序。本文介绍的程序是视频码流处理程序。视频码流在视频播放器中的位置如下所示。

本文中的程序是一个H.264码流解析程序。该程序可以从H.264码流中分析得到它的基本单元NALU，并且可以简单解析NALU首部的字段。通过修改该程序可以实现不同的H.264码流处理功能。

原理

H.264原始码流（又称为“裸流”）是由一个一个的NALU组成的。他们的结构如下图所示。

其中每个NALU之间通过startcode（起始码）进行分隔，起始码分成两种：0x000001（3Byte）或者0x00000001（4Byte）。如果NALU对应的Slice为一帧的开始就用0x00000001，否则就用0x000001。
H.264码流解析的步骤就是首先从码流中搜索0x000001和0x00000001，分离出NALU；然后再分析NALU的各个字段。本文的程序即实现了上述的两个步骤。

代码 整个程序位于simplest_h264_parser()函数中，如下所示。

[cpp]  view plain  copy

 

1. /** 
2.  * 最简单的视音频数据处理示例 
3.  * Simplest MediaData Test 
4.  * 
5.  * 雷霄骅 Lei Xiaohua 
6.  * [email protected] 
7.  * 中国传媒大学/数字电视技术 
8.  * Communication University of China / Digital TV Technology 
9.  * http://blog.csdn.net/leixiaohua1020 
10.  * 本项目包含如下几种视音频测试示例： 
11.  *  (1)像素数据处理程序。包含RGB和YUV像素格式处理的函数。 
12.  *  (2)音频采样数据处理程序。包含PCM音频采样格式处理的函数。 
13.  *  (3)H.264码流分析程序。可以分离并解析NALU。 
14.  *  (4)AAC码流分析程序。可以分离并解析ADTS帧。 
15.  *  (5)FLV封装格式分析程序。可以将FLV中的MP3音频码流分离出来。 
16.  *  (6)UDP-RTP协议分析程序。可以将分析UDP/RTP/MPEG-TS数据包。 
17.  * This project contains following samples to handling multimedia data: 
18.  *  (1) Video pixel data handling program. It contains several examples to handle RGB and YUV data. 
19.  *  (2) Audio sample data handling program. It contains several examples to handle PCM data. 
20.  *  (3) H.264 stream analysis program. It can parse H.264 bitstream and analysis NALU of stream. 
21.  *  (4) AAC stream analysis program. It can parse AAC bitstream and analysis ADTS frame of stream. 
22.  *  (5) FLV format analysis program. It can analysis FLV file and extract MP3 audio stream. 
23.  *  (6) UDP-RTP protocol analysis program. It can analysis UDP/RTP/MPEG-TS Packet. 
24.  */  
25. #include <stdio.h>  
26. #include <stdlib.h>  
27. #include <string.h>  
28.   
29. typedef enum {  
30.     NALU_TYPE_SLICE    = 1,  
31.     NALU_TYPE_DPA      = 2,  
32.     NALU_TYPE_DPB      = 3,248)">     NALU_TYPE_DPC      = 4,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important">     NALU_TYPE_IDR      = 5,248)">     NALU_TYPE_SEI      = 6,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important">     NALU_TYPE_SPS      = 7,248)">     NALU_TYPE_PPS      = 8,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important">     NALU_TYPE_AUD      = 9,248)">     NALU_TYPE_EOSEQ    = 10,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important">     NALU_TYPE_EOSTREAM = 11,248)">     NALU_TYPE_FILL     = 12,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important"> } NaluType;  
33.   
34. enum {  
35.     NALU_PRIORITY_DISPOSABLE = 0,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important">     NALU_PRIRITY_LOW         = 1,248)">     NALU_PRIORITY_HIGH       = 2,108); list-style:decimal-leading-zero outside; color:inherit; line-height:18px; margin:0px!important; padding:0px 3px 0px 10px!important">     NALU_PRIORITY_HIGHEST    = 3  
36. } NaluPriority;  
37. struct  
38. {  
39.     int startcodeprefix_len;      //! 4 for parameter sets and first slice in picture, 3 for everything else (suggested)  
40.     unsigned len;                 //! Length of the NAL unit (Excluding the start code, which does not belong to the NALU)  
41.     unsigned max_size;            //! Nal Unit Buffer size  
42.     int forbidden_bit;            //! should be always FALSE  
43. int nal_reference_idc;        //! NALU_PRIORITY_xxxx  
44. int nal_unit_type;            //! NALU_TYPE_xxxx      
45. char *buf;                    //! contains the first byte followed by the EBSP  
46. } NALU_t;  
47. FILE *h264bitstream = NULL;                //!< the bit stream file  
48. int info2=0, info3=0;  
49. static int FindStartCode2 (unsigned char *Buf){  
50.     if(Buf[0]!=0 || Buf[1]!=0 || Buf[2] !=1) return 0; //0x000001?  
51.     else return 1;  
52. }  
53. int FindStartCode3 (unsigned char *Buf){  
54. if(Buf[0]!=0 || Buf[1]!=0 || Buf[2] !=0 || Buf[3] !=1) return 0;//0x00000001?  
55. return 1;  
56. }  
57. int GetAnnexbNALU (NALU_t *nalu){  
58. int pos = 0;  
59. int StartCodeFound, rewind;  
60.     unsigned char *Buf;  
61. if ((Buf = (unsigned char*)calloc (nalu->max_size , sizeof(char))) == NULL)   
62.         printf ("GetAnnexbNALU: Could not allocate Buf memory\n");  
63.     nalu->startcodeprefix_len=3;  
64. if (3 != fread (Buf, 1, 3, h264bitstream)){  
65.         free(Buf);  
66.         return 0;  
67.     }  
68.     info2 = FindStartCode2 (Buf);  
69. if(info2 != 1) {  
70. if(1 != fread(Buf+3,248)">             free(Buf);  
71.                      }  
72.         info3 = FindStartCode3 (Buf);  
73.         if (info3 != 1){   
74.             free(Buf);  
75.             return -1;  
76.         }  
77. else {  
78.             pos = 4;  
79.             nalu->startcodeprefix_len = 4;  
80. else{  
81.         nalu->startcodeprefix_len = 3;  
82.         pos = 3;  
83.     StartCodeFound = 0;  
84.     info2 = 0;  
85.     info3 = 0;  
86. while (!StartCodeFound){  
87. if (feof (h264bitstream)){  
88.             nalu->len = (pos-1)-nalu->startcodeprefix_len;  
89.             memcpy (nalu->buf, &Buf[nalu->startcodeprefix_len], nalu->len);       
90.             nalu->forbidden_bit = nalu->buf[0] & 0x80; //1 bit  
91.             nalu->nal_reference_idc = nalu->buf[0] & 0x60; // 2 bit  
92.             nalu->nal_unit_type = (nalu->buf[0]) & 0x1f;// 5 bit  
93. return pos-1;  
94.         Buf[pos++] = fgetc (h264bitstream);  
95.         info3 = FindStartCode3(&Buf[pos-4]);  
96. if(info3 != 1)  
97.             info2 = FindStartCode2(&Buf[pos-3]);  
98.         StartCodeFound = (info2 == 1 || info3 == 1);  
99.     // Here, we have found another start code (and read length of startcode bytes more than we should  
100.     // have.  Hence, go back in the file  
101.     rewind = (info3 == 1)? -4 : -3;  
102. if (0 != fseek (h264bitstream, rewind, SEEK_CUR)){  
103.         free(Buf);  
104.         printf("GetAnnexbNALU: Cannot fseek in the bit stream file");  
105.     }  
106. // Here the Start code, the complete NALU, and the next start code is in the Buf.    
107. // The size of Buf is pos, pos+rewind are the number of bytes excluding the next  
108. // start code, and (pos+rewind)-startcodeprefix_len is the size of the NALU excluding the start code  
109.     nalu->len = (pos+rewind)-nalu->startcodeprefix_len;  
110.     memcpy (nalu->buf, nalu->len);//  
111.     nalu->forbidden_bit = nalu->buf[0] & 0x80;      nalu->nal_reference_idc = nalu->buf[0] & 0x60;      nalu->nal_unit_type = (nalu->buf[0]) & 0x1f;     free(Buf);  
112. return (pos+rewind);  
113.  * Analysis H.264 Bitstream 
114.  * @param url    Location of input H.264 bitstream file. 
115.  */  
116. int simplest_h264_parser(char *url){  
117.     NALU_t *n;  
118. int buffersize=100000;  
119. //FILE *myout=fopen("output_log.txt","wb+");  
120. FILE *myout=stdout;  
121.     h264bitstream=fopen(url, "rb+");  
122. if (h264bitstream==NULL){  
123.         printf("Open file error\n");  
124. return 0;  
125.     n = (NALU_t*)calloc (1, sizeof (NALU_t));  
126. if (n == NULL){  
127.         printf("Alloc NALU Error\n");  
128.     n->max_size=buffersize;  
129.     n->buf = (char*)calloc (buffersize,153); font-weight:bold; background-color:inherit">sizeof (char));  
130. if (n->buf == NULL){  
131.         free (n);  
132.         printf ("AllocNALU: n->buf");  
133. int data_offset=0;  
134. int nal_num=0;  
135.     printf("-----+-------- NALU Table ------+---------+\n");  
136.     printf(" NUM |    POS  |    IDC |  TYPE |   LEN   |\n");  
137.     printf("-----+---------+--------+-------+---------+\n");  
138. while(!feof(h264bitstream))   
139.     {  
140.         int data_lenth;  
141.         data_lenth=GetAnnexbNALU(n);  
142.         char type_str[20]={0};  
143. switch(n->nal_unit_type){  
144. case NALU_TYPE_SLICE:sprintf(type_str,"SLICE");break;  
145. case NALU_TYPE_DPA:sprintf(type_str,"DPA");break;  
146. case NALU_TYPE_DPB:sprintf(type_str,"DPB");case NALU_TYPE_DPC:sprintf(type_str,"DPC");case NALU_TYPE_IDR:sprintf(type_str,"IDR");case NALU_TYPE_SEI:sprintf(type_str,"SEI");case NALU_TYPE_SPS:sprintf(type_str,"SPS");case NALU_TYPE_PPS:sprintf(type_str,"PPS");case NALU_TYPE_AUD:sprintf(type_str,"AUD");case NALU_TYPE_EOSEQ:sprintf(type_str,"EOSEQ");case NALU_TYPE_EOSTREAM:sprintf(type_str,"EOSTREAM");case NALU_TYPE_FILL:sprintf(type_str,"FILL");char idc_str[20]={0};  
147. switch(n->nal_reference_idc>>5){  
148. case NALU_PRIORITY_DISPOSABLE:sprintf(idc_str,"DISPOS");case NALU_PRIRITY_LOW:sprintf(idc_str,"LOW");case NALU_PRIORITY_HIGH:sprintf(idc_str,"HIGH");case NALU_PRIORITY_HIGHEST:sprintf(idc_str,"HIGHEST");         fprintf(myout,"%5d| %8d| %7s| %6s| %8d|\n",nal_num,data_offset,idc_str,type_str,n->len);  
149.         data_offset=data_offset+data_lenth;  
150.         nal_num++;  
151. //Free  
152. if (n){  
153. if (n->buf){  
154.             free(n->buf);  
155.             n->buf=NULL;  
156. }  

上文中的函数调用方法如下所示。
copy

  simplest_h264_parser("sintel.h264");  

结果

本程序的输入为一个H.264原始码流（裸流）的文件路径，输出为该码流的NALU统计数据，如下图所示。

下载

Simplest mediadata test

项目主页
SourceForge：https://sourceforge.net/projects/simplest-mediadata-test/

Github：https://github.com/leixiaohua1020/simplest_mediadata_test

开源中国：http://git.oschina.net/leixiaohua1020/simplest_mediadata_test

CSDN下载地址：http://download.csdn.net/detail/leixiaohua1020/9422409

本项目包含如下几种视音频数据解析示例：

 (1)像素数据处理程序。包含RGB和YUV像素格式处理的函数。
 (2)音频采样数据处理程序。包含PCM音频采样格式处理的函数。
 (3)H.264码流分析程序。可以分离并解析NALU。
 (4)AAC码流分析程序。可以分离并解析ADTS帧。
 (5)FLV封装格式分析程序。可以将FLV中的MP3音频码流分离出来。
 (6)UDP-RTP协议分析程序。可以将分析UDP/RTP/MPEG-TS数据包。

雷霄骅 (Lei Xiaohua) [email protected] http://blog.csdn.net/leixiaohua1020